TW201411137A - 積層型二次電池用電極部接合器 - Google Patents

積層型二次電池用電極部接合器 Download PDF

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Abstract

本發明之課題，係提供一種積層型二次電池用電極部接合器，具備即使是「如同鋁般會產生絕緣氧化皮膜的電極突耳」，也可安定接觸之接觸部，可防止接觸不良、將接觸電阻抑制成更小、以及減少電極突耳之發熱。本發明之解決手段，係以「可繞著轉動中心軸(4)轉動之一對保持部(3、3)」保持「接觸於電極突耳(9)之一對接觸部(2、2)」的接合器(1)，接觸部(2、2)為板簧，從轉動中心軸(4)分離之接觸部(2、2)前端的角部(2B、2B)為直線狀，一對角部(2B、2B)彼此形成相對向，當接觸部(2、2)接觸於電極突耳(9)之表面時，角部(2B、2B)接觸於前述表面，在以一對接觸部(2、2)挾持電極突耳(9)之狀態下，接觸部(2、2)產生彈性變形，角部(2B、2B)滑動於前述表面，且角部(2B、2B)咬入前述表面。

Description

積層型二次電池用電極部接合器
本發明係有關使用於積層型二次電池之檢查等的電極部接合器。
就小型輕量之二次電池而言，積層型鋰離子電池等之積層型二次電池已十分普及。
在積層型二次電池之製造製程及性能檢查製程中，初次充電處理、充電及放電檢查、OCV檢查及DC-IR檢查等的執行為一般性的程序，積層型二次電池之電極突耳與各製程用之電路的連結，係使用可重複使用之積層型二次電池用電極部接合器(以下，有時也簡稱為「接合器」)。
此外，大多數的積層型二次電池是正極用電極突耳使用鋁，而負極用電極突耳則使用「已於銅板上鍍鎳」的材質，尤其是由於在正極之鋁上容易形成絕緣氧化皮膜，而存在：容易發生與接合器接觸不良等問題。
就接合器而言，存有如以下所述的接合器：將「以安定之接觸力接觸電極突耳等」作為目的，而構成利用壓接端子來挾持電極突耳，該壓接端子被安裝在「下端軸支於 台座的一對可動片(夾部)」(例如，參照專利文獻1)。
專利文獻1之接合器，當轉動一對可動片並以壓接端子來挾持電極突耳時，因為壓接端子之壓接面與電極突耳之接觸角度偏差而發生摩擦，而執行表面氧化膜及髒污除去之擦淨動作，然而，尤其是在如同鋁般會產生絕緣氧化皮膜的電極突耳中，此種擦淨動作並不充分，即使壓接端子以安定之接觸力接觸電極突耳，壓接端子與電極突耳之接觸也無法十分安定。
基於上述情形，如第7(a)圖之立體圖所示之接合器11成為主流。
該類接合器11，是藉由可繞著轉動中心軸14而轉動之一對絕緣體的保持部13、13」，來保持一對導電體的接觸部12、12，將接觸部12、12的前端(遊動端)朝內方曲折，並將接觸部12、12前端的端緣，也就是指的相對面形成山峰形狀(三角形之凹凸形狀)12A、12A。
利用此種接合器11的話，如第7(b)圖之重要部位放大剖面圖所示，在以接觸部12、12挾持電極突耳9之狀態下，可藉由突出成山峰形狀12A、12A之銳角的凸部前端，有效率地破壞絕緣氧化皮膜10、10。
專利文獻
專利文獻1：日本特開2002-298929號公報
然而，如同第7(a)圖所示的傳統接合器11，使接觸部 12、12之前端成為山峰形狀12A、12A，在突破絕緣氧化皮膜10、10上十分有效，然而，如第7(b)圖所示，山峰形狀12A之前端部與電極突耳9之接觸寬度A較小，亦即，接觸面積變小，如第8圖所示，電極突耳表面之接觸痕(面積)變小。
因此，因為有接觸電阻變高的缺點，而存有：當高電流時因為焦耳熱(Joule heat)而導致電極突耳9異常發熱的問題。
此處，接觸電阻及接合器溫度等之測量，如第9圖之概略構成圖所示，可以使用直流定電流電源、電壓計V、測量周圍溫度的溫度計T1、及測量接觸部12(電極突耳9)之溫度的溫度計T2等來實施，得到接觸電阻為4~10mΩ之測量結果。
例如，接觸電阻為4mΩ、30A之電流流過時，電力P成為P=R．I2=3.6W，如第10圖之實測結果所示，接合器溫度(接觸部12之溫度)上昇至接近50℃。
本發明有鑑於上述情形，為了解決上述問題，提供一種積層型二次電池用電極部接合器，尤其是，針對製作如鋁之絕緣氧化皮膜的電極突耳，不但具備可以安定接觸之接觸部來防止接觸不良，而且可以將接觸電阻抑制於較小並縮小電極突耳之發熱(溫度上昇)。
本專利之發明者們，尤其是，針對當使接合器接觸於「如鋁般會產生絕緣氧化皮膜之積層型二次電池」的電極突耳時，為了可解決所謂(1)可以有效率地破壞絕緣氧化 皮膜、(2)接觸電阻不會昇高之背道而馳的兩個課題，而進行接合器之各種構造的檢討，而得到藉由使一對接觸部形成為板簧狀，不必使接觸部之前端成為山峰形狀，即可有效率地破壞絕緣氧化皮膜的構想。並且，依據此種構想，藉由進行模擬及試作評估等而具體化，進而完成本發明。
亦即，本發明之積層型二次電池用電極部接合器，為了解決前述課題，係以「可繞著轉動中心軸轉動之一對絕緣體」的保持部，來保持接「觸積層型二次電池之電極突耳的一對導電體」之接觸部的積層型二次電池用電極部接合器，其特徵為：一對前述接觸部為板簧，從前述轉動中心軸分離的前述接觸部之前端的角部為直線狀，一對前述角部彼此相對向，一旦前述保持部繞著前述轉動中心軸轉動而封閉前述接觸部的前端時，前述角部將接觸前述電極突耳的表面，一旦前述一對接觸部挾持前述電極突耳時，前述接觸部將形成彈性變形的狀態，前述角部滑動於前述表面，且前述角部咬入前述表面。
依據此種構成，因為接觸電極突耳表面之接觸部的前端並非山峰形狀(三角形之凹凸形狀)，而為直線狀之角部，因此不會如同「接觸部的前端呈現山峰形狀」的構造般使接觸面積變小，故不會提高接觸電阻，即使在高電流時，也不會有電極突耳異常發熱的情形。
此外，一對接觸部為板簧，在以一對接觸部挾持電極突耳的狀態下，本身是板簧的接觸部產生彈性變形，接觸 部前端之角部滑動於電極突耳之表面，且接觸部前端之角部咬入電極突耳之表面，故可有效率地破壞電極突耳表面之絕緣氧化皮膜，並除去絕緣氧化皮膜而確實地形成接觸，因而使接合器之接觸部安定地接觸電極突耳，進而防止接觸不良。
如以上所示，依據本發明之積層型二次電池用電極部接合器，由於以板簧作為一對接觸部，且其前端的角部形成直線狀，一旦使前述角部接觸於電極突耳的表面，並在該狀態下更進一步加壓時，本身為板簧的接觸部將產生彈性變形，前述角部滑動於前述表面且咬入前述表面，因此可解決所謂(1)可有效率地破壞絕緣氧化皮膜、及(2)不提高接觸電阻之兩個背道而馳的課題，故可得到信賴性高、可重複使用之積層型二次電池用電極部接合器的明顯效果。
C‧‧‧接觸部角部滑動於電極突耳表面之長度(移動距離)
F‧‧‧接觸部之彈性變形的復元力
FN‧‧‧垂直地施加於電極突耳之力
FT‧‧‧滑動於電極突耳表面之力
1‧‧‧本發明之積層型二次電池用電極部接合器
2‧‧‧接觸部
2A‧‧‧前端
2B‧‧‧角部
3‧‧‧保持部
4‧‧‧轉動中心軸
5‧‧‧開閉用勾掛部
6‧‧‧上部板
7‧‧‧下部板
8‧‧‧作動器
9‧‧‧電極突耳
10‧‧‧絕緣氧化皮膜
11‧‧‧傳統積層型二次電池用電極部接合器
12‧‧‧接觸部
12A‧‧‧山峰形狀(三角形之凹凸形狀)
13‧‧‧保持部
14‧‧‧轉動中心軸
第1圖係本發明之實施方式之積層型二次電池用電極部接合器的外觀，(a)係從接觸部側斜上方觀察時之立體圖，(b)係從相對於轉動中心軸，從接觸部的相反側斜上方觀察時之立體圖。
第2圖係接合器之俯視圖及接觸部之重要部位放大俯視圖。
第3圖(a)係作用於接觸部之角部周邊的力及偏向角之說明圖，(b)係接觸部之撓曲(變形)的說明圖。
第4圖係接合器於電極突耳表面所造成之接觸痕的圖。
第5圖係接觸電阻及接合器溫度等之實測結果圖。
第6圖係使用本發明實施方式之積層型二次電池用電極部接合器的裝置之其中一例的立體圖，為了說明上的方便，省略了部分接合器圖示。
第7圖(a)係傳統積層型二次電池用電極部接合器之立體圖，(b)係電極突耳與接觸部之接觸狀態的重要部位放大剖面圖。
第8圖係接合器於電極突耳表面所造成之接觸痕的圖。
第9圖係測量接觸電阻用之評估電路的概略構造圖。
第10圖係接觸電阻及接合器溫度等之實測結果圖。
其次，參照圖式，針對本發明之實施方式進行詳細說明，然而，本發明，並未受限於附錄圖式所示之方式，而係包含符合記載於申請專利範圍之要件的全部實施方式。
如第1圖之立體圖及第2圖之俯視圖所示，本發明之實施方式的積層型二次電池用電極部接合器1，以可繞著轉動中心軸4轉動之一對絕緣體之保持部3、3保持「接觸於積層型二次電池之電極突耳9，且為一對導電體的接 觸部2、2」，一對接觸部2、2係板簧，接觸部2、2之至少從保持部3、3前端(遊動端)突出之部分為矩形板狀，其前端(遊動端)2A、2A之角部2B、2B，係矩形之一邊的直線狀，接觸部2、2之基端係固定於保持部3、3。
此外，因為保持部3、3可以繞著轉動中心軸4轉動，故隨著保持部3、3之轉動，接觸部2、2也進行轉動，從「從保持部3、3前端突出之轉動中心軸4」分離的接觸部2、2的前端2A、2A形成開閉，前端2A、2A之內方的角部2B、2B形成相對向。
並且，於保持部3、3之相對於轉動中心軸4之接觸部2、2的相反側，設有開閉操作用之一對勾掛部5、5。
第6圖的立體圖所示之使用積層型二次電池用電極部接合器1、1、…之裝置(開閉機構)，是構成：由作動器8所驅動之上板6及下板7朝相反方向移動，藉由使接合器1之一對勾掛部5、5(參照第1(b)圖)之其中一方的勾掛部5卡合於上板6，另一方之勾掛部5則卡合於下板7，而以作動器8之動作來驅動上板6及下板7，使上板6及下板7朝相反方向移動並使接合器1之一對勾掛部5、5的間隔變大，而可以使接觸部2、2之前端2A、2A如第2(a)圖之箭頭B、B所示而形成關閉。
此處，由板簧所形成的平板狀導電體也就是指接觸部2的材質，以體積電阻率(volume resistivity)較低、且耐力(比例限度)較高之金屬(例如，彈簧用磷青銅等)為佳。此外，用來保持接觸部2的絕緣體也就是指保持部3 的材質，除了絕緣性以外，為了確實保持板簧所形成接觸部2的基瑞，以剛性及強度相對較高之合成樹脂(例如，聚苯醚(PPO)或聚苯硫醚(PPS)等)為佳。
使用如第2圖及第3(b)圖之說明圖所示的X及L，板簧所形成之接觸部2的變形(從前端2A起之X位置的變形)δ，可以利用一般的彈性曲線方程式，以下式(1)來求取。
δ=(F/(EI))．(X3/6-XL2/2+L3/3) (1)
此處，E係接觸部2之縱彈性係數，I係接觸部2之剖面二次矩(second moment)，F係施加於接觸部2前端2A之荷重(接觸部2之彈性變形的復元力)。
此外，第3(a)圖之說明圖所示之接觸部2之前端2A的偏向角θ，可以使用一般的彈性曲線方程式，以下式(2)來求取。
θ=(F/(2EI))．(X2-L2) (2)
並且，板簧所形成的接觸部2，因為必須在不會發生塑性變形之範圍使用，因此彎曲應力之最大值σ max，必須符合下式(3)。
σ max=(Mmax/Z)<σ b (3)
此處，Mmax係施加於接觸部2之彎曲矩(bending moment)的最大值，Z係接觸部2之剖面係數，σ b係使 用材料之耐力(比例限度)。
接合器1之一對勾掛部5、5係由開閉機構所操作，倘若保持部3、3繞著轉動中心軸4轉動而使接觸部2、2之前端2A、2A朝關閉方向移動時，便如第2圖之重要部位放大俯視圖之兩點虛線所示，使接觸部2、2之角部2B、2B接觸於電極突耳9之表面。
倘若從該狀態下進一步轉動保持部3、3的話，則如第2圖之重要部位放大俯視圖之實線所示，板簧所形成的接觸部2、2將產生彈性變形，角部2B、2B滑動於電極突耳9之表面，且形成角部2B、2B咬入電極突耳9之表面的狀態。
此處，本發明實施方式之接合器1之接觸部2、2的角部2B、2B滑動於電極突耳9之表面的長度(移動距離)C為0.2mm左右。
此外，如第3(a)圖所示，角部2B、2B滑動於電極突耳9表面的力FT、及角部2B、2B咬入電極突耳9表面的力FN，從角部2B接觸於電極突耳9之狀態至最終狀態為止，會因為接觸部2之前端2A所承受之荷重(接觸部2之彈性變形的復元力)F及式(2)之偏向角θ而隨時改變，亦即成為：FT=Fsinθ、FN=Fcosθ。
本發明之接合器1設計成：倘若以一對接觸部2、2挾持電極突耳9時，接觸部2、2便處於彈性變形之狀態，角部2B、2B滑動於電極突耳9之表面，且角部2B、2B咬入電極突耳表面，而此種設計，係考慮接合器1(接 觸部2、2及保持部3、3等)之尺寸上的限制以及式(3)之彎曲應力之最大值σ max的限制，可將接觸部2之材質、接觸部2及保持部3之形狀及大小等做為參數，求取式(1)之變形δ、式(2)之偏向角θ、施加於接觸部2前端2A之荷重(接觸部2之彈性變形的復元力)F、角部2B、2B滑動於電極突耳9表面之力FT、以及角部2B、2B咬入電極突耳9表面之力FN等，並同時依據綜合判斷來實施。
依據如以上所示之本發明實施方式之積層型二次電池用電極部接合器1的構造，因為接觸電極突耳9表面之接觸部2、2的前端，並非山峰形狀(三角形之凹凸形狀)，而是直線狀之角部2B、2B，因此不會如同「接觸部前端呈現山峰形狀的構造」般使接觸面積變小，由於接觸電阻不會變高，故即使高電流時，也不會有電極突耳異常發熱的情形。
例如，相較於第8圖所示的傳統技術，如第4圖所示，電極突耳表面之接觸痕(面積)變大。因此，由於可以將接觸電阻降低至0.6mΩ之程度，如30A之電流流過時之第5圖的實測結果所示，接合器溫度(接觸部2之溫度)上昇也可抑制於25℃的程度。
此外，由於一對接觸部2、2為板簧，且在以一對接觸部2、2挾持電極突耳9的狀態下，板簧所形成的接觸部2、2產生彈性變形，接觸部2、2前端之角部2B、2B以第3(a)圖之力FT滑動於電極突耳9表面，而且，角部2B、2B以第3(a)圖之力FN咬入電極突耳9表面，因此可 以有效率地破壞電極突耳9表面之絕緣氧化皮膜，並除去絕緣氧化皮膜而得到確實的接觸，由於接觸部2、2可安定地接觸電極突耳9，故可防止接觸不良。
C‧‧‧接觸部角部滑動於電極突耳表面之長度(移動距離)
F‧‧‧接觸部之彈性變形的復元力
1‧‧‧本發明之積層型二次電池用電極部接合器
2‧‧‧接觸部
2A‧‧‧前端
2B‧‧‧角部
3‧‧‧保持部
4‧‧‧轉動中心軸
9‧‧‧電極突耳

Claims (1)

  1. 一種積層型二次電池用電極部接合器，是由保持部保持接觸部所形成的積層型二次電池用電極接合器，該接觸部是接觸於積層型二次電池之電極突耳的一對導電體，而該保持部是可繞著轉動中心軸而轉動的一對絕緣體，其特徵為：一對前述接觸部為板簧，從前述轉動中心軸分離的前述接觸部之前端的角部為直線狀，一對前述角部彼此形成相對向，一旦前述保持部繞著前述轉動中心軸轉動而封閉前述接觸部的前端時，前述角部將接觸於前述電極突耳的表面，一旦由前述一對接觸部挾持前述電極突耳時，前述接觸部將形成彈性變形的狀態，前述角部滑動於前述表面，且前述角部咬入前述表面。
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